一种多功能电池盖板、盖板厚度确定方法及动力电池系统技术方案

本发明专利技术涉及一种多功能电池盖板、盖板厚度确定方法及动力电池系统，多功能电池盖板，包括电池盖板，电池盖板内部设有可供冷却液流动的容纳腔，至少有一个外部接口用于冷却液流入，至少有一个外部接口用于冷却液流出，电池盖板下方有凹槽，凹槽位于电芯防爆阀正上方。动力电池系统，包括电芯、汇流排、电池箱体及与电池箱体相连的电池盖板，电池箱体能够与电池盖板对电芯同时从上下两面进行冷却。本发明专利技术电芯顶部与汇流排在同一平面上，可与电池盖板同时接触，实现从电芯顶部冷却；动力电池系统具备抑制电芯热失控功能，盖板内容腔中冷却液能从被破坏位置流入电池内部，将热失控电芯熄灭，终止热失控，保护用户的安全；动力电池系统集成度高。集成度高。集成度高。

【技术实现步骤摘要】
一种多功能电池盖板、盖板厚度确定方法及动力电池系统


[0001]本专利技术属于动力系统电池
，具体涉及一种兼具冷却和灭火功能的电池盖板，电池盖板厚度确定方法及动力电池系统。

技术介绍

[0002]限制电池充电速度的一个因素是电池温升，电池在大功率充电的条件下会产生大量的热，电池温度将急剧升高，如无法迅速将电池热量散去，充电时间难以进一步缩短。目前行业上主要使用液冷方案对电芯进行冷却，从而控制电池在充电过程中的温度。对于常见的方形电芯，冷却装置多作用于电芯底部。然而，电芯发热最严重的位置是电芯的极柱，该位置位于电芯顶部，距离冷却装置较远，极柱产生的大量热量需要经过整颗电芯传导到电芯底部并被冷却装置带走，热量传递的路径很长，散热面积也有限。而对于常见的方形电芯，由于电芯顶部的极柱是高出电芯顶部平面的，极柱位置为温度最高位置，且极柱上焊有汇流排，导致电芯顶部不平整，冷却装置可作用面很小，电芯顶部的绝大部分无法受到冷却，冷却能力存在限制。
[0003]比亚迪公司公开了一种刀片电芯，电芯的极柱位于电芯两端，电芯的顶部与底部是平整的，这种结构为在电芯顶部布置冷却件带来可行性，但电芯极柱位置产生的热量仍需要经过电芯内部传递到冷却装置上，限制了冷却能力的进一步提升。
[0004]动力电池系统在使用过程中一旦发生热失控，失控电芯自身温度会急剧升高，并喷射出火焰，高温烟气会危害用户生命安全；失控电芯的热量还会传导至相邻电芯，导致相邻电芯温度升高进而相继失控，从而引起火灾。目前，行业上主要通过在电池包内设计导流通道的方式将高温烟气引导至电池系统边缘的泄压阀，进而排到电池包外，并在动力电池系统的内部方布置可以防止火焰喷穿的盖板，避免高温烟气进入乘员舱伤害用户。
[0005]宁德时代公司专利技术了一种电池包内的喷淋管路，是在电芯上方布置一根内部有冷却液的管路，当电芯发生热失控后，喷发出的火焰会将该管路喷穿，内部冷却液流入热失控电芯，将火焰熄灭。但是，喷淋管路需要单独安装，集成性低，且喷淋管路唯一的功能就是灭火，功能单一。
[0006]与此同时，行业中常见的动力电池系统会有电池盖板布置于电池系统上方以实现电池系统的密封。大量的冷却件、防火部件会占用一定的重量和体积，限制了电池能量密度进一步提升。比亚迪公司给出一种带有冷却功能的电池盖板，该盖板内通入的是空调冷媒，通过冷媒发生相变进行吸热，给电池冷却。但是，对于尺寸较大的动力电池系统，其冷媒会带来较大的温差。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的就在于提供一种兼具冷却和灭火功能的电池盖板，还提供一种电池盖板厚度确定方法及高度集成的动力电池系统，以解决提升电芯顶部冷却能力的同时实现热失控抑制，并提高动力电池系统集成度的问题。
[0008]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0009]一种多功能电池盖板，为电池盖板4；所述电池盖板4内部设有可供冷却液流动的容纳腔，至少有一个外部接口用于冷却液流入，至少有一个外部接口用于冷却液流出，电池盖板4下方有凹槽，所述凹槽位于电芯1防爆阀正上方。
[0010]进一步地，所述电池盖板4的材质为铝或其它合金，电池盖板4下表面有绝缘层，绝缘层材质为聚氨酯或环氧树脂。
[0011]一种多功能电池盖板厚度确定方法，包括以下步骤：
[0012]S1、给电池盖板4厚度σ赋予初始值；
[0013]S2、电芯1喷阀后经N秒后电池盖板4出现孔洞开始喷淋，给N设定目标值；
[0014]S3、根据下式迭代计算电芯1喷阀N秒后电池盖板4对应位置的温度T
N
；
[0015][0016]其中，M＝ρSσ；
[0017]式中，ρ为电池盖板4使用材料的密度，S为电芯喷阀孔洞面积，C为电池盖板4使用材料的比热容；
[0018]t
n
、t
n+1
为电芯1喷阀后持续的时间，为方便计算，t
n+1
‑
t
n
可取定值；
[0019]T
fn
为t
n
时刻电芯1喷阀高温烟气的温度，可由试验测得；
[0020]h为喷阀气体对电池盖板4的对流换热系数；
[0021]ξ为热耗散系数，根据经验取值；
[0022]T
n
、T
n+1
为t
n
、t
n+1
时刻电池盖板4对应喷阀位置的温度，T0为电池盖板4初始温度；当t
n+1
＝N时，计算出的T
n+1
即为电芯喷阀N秒后电池盖板4对应位置的温度T
N
；
[0023]S4、将计算出的T
N
与电池盖板4材料熔点比较，若T
N
低于熔点，则进入S5；若T
N
不低于熔点，则进入S6；
[0024]S5、减小σ的值，进入S3；
[0025]S6、电池盖板4厚度σ可以满足喷淋启动时间要求，计算结束。
[0026]进一步地，步骤S1，所述σ＝1，步骤S2，所述N＝10，步骤S3，所述t
n+1
‑
t
n
＝1，ξ＝0.143，T0＝35。
[0027]一种动力电池系统，主要由电芯1、汇流排2、电池箱体3以及与电池箱体3相连的电池盖板4构成；所述电池箱体3能够与电池盖板4对电芯1同时从上下两面进行冷却；
[0028]所述电芯1主要由外壳、极片、正极和负极组成；所述外壳顶部上表面带有防爆阀，防爆阀所在平面为第一平面；所述正极极柱、负极极柱位于电芯顶部两端，极柱顶部为第二平面，第二平面比第一平面低1mm～3mm；
[0029]所述汇流排2与电芯极柱焊接后，汇流排2顶面与电芯1第一平面位于同一平面；所述电池箱体3具备液冷功能，其内设有用于放置电芯的一个或多个容纳腔，电池盖板4底部与汇流排2顶部、电芯1顶部第一平面同时接触，电池盖板4底部与汇流排2之间、电池盖板4与电芯1顶部第一平面之间均有导热填充材料，电池盖板4下表面凹槽正对电芯防爆阀。
[0030]进一步地，所述外壳为方形，其长度为150mm～600mm，厚度为20mm～70mm，高度为70mm～150mm，汇流排2的厚度为1mm～3mm。
[0031]进一步地，所述第一平面的宽度等于电芯厚度，第一平面的长度为电芯长度的
60％～99％。
[0032]进一步地，所述电池箱体3主要由2.1箱体边框2.1和与其螺接的箱体底板2.2组成，所述箱体底板2.2内部有可供冷却液流动的容纳腔，至少有一个外部接口用于冷却液流入；至少有一个外部接口用于冷却液流出。
[0033]进一步地，所述电芯1粘接于电池箱体3的容纳腔内，电芯1底部与箱体底板2.2接触面之间有导热填充材料，导热填充材料为聚氨酯或环氧树脂。
[0034]进一步地，所述电池盖板4与电池箱体3通过螺接或者粘接。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多功能电池盖板，其特征在于：为电池盖板(4)；所述电池盖板(4)内部设有可供冷却液流动的容纳腔，至少有一个外部接口用于冷却液流入，至少有一个外部接口用于冷却液流出，电池盖板(4)下方有凹槽，所述凹槽位于电芯(1)防爆阀正上方。2.根据权利要求1所述的一种多功能电池盖板，其特征在于：所述电池盖板(4)的材质为铝或其它合金。3.根据权利要求1所述的一种多功能电池盖板，其特征在于：所述电池盖板(4)下表面有绝缘层，绝缘层材质为聚氨酯或环氧树脂。4.根据权利要求1所述的一种兼具冷却和灭火功能的电池盖板厚度确定方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、给电池盖板(4)厚度σ赋予初始值；S2、电芯(1)喷阀后经N秒后电池盖板(4)出现孔洞开始喷淋，给N设定目标值；S3、根据下式迭代计算电芯(1)喷阀N秒后电池盖板(4)对应位置的温度T
N
；其中，M＝ρSσ；式中，ρ为电池盖板(4)使用材料的密度，S为电芯(1)喷阀孔洞面积，C为电池盖板(4)使用材料的比热容；t
n
、t
n+1
为电芯(1)喷阀后持续的时间，为方便计算，t
n+1
‑
t
n
可取定值；T
fn
为t
n
时刻电芯(1)喷阀高温烟气的温度，可由试验测得；h为喷阀气体对电池盖板(4)的对流换热系数；ξ为热耗散系数，根据经验取值；T
n
、T
n+1
为t
n
、t
n+1
时刻电池盖板(4)对应喷阀位置的温度，T0为电池盖板(4)初始温度；当t
n+1
＝N时，计算出的T
n+1
即为电芯喷阀N秒后电池盖板(4)对应位置的温度T
N
；S4、将计算出的T
N
与电池盖板(4)材料熔点比较，若T
N
低于熔点，则进入S5；若T
N
不低于熔点，则进入S6；S5、减小σ的值...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵名翰，孙焕丽，许立超，刘鹏，耿宇明，曹海月，
申请(专利权)人：中国第一汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：